超聲波在固體中傳播速度的測量

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1、超聲波在固體中傳播速度的測雖在固體中傳播的聲波是很復(fù)雜的，它包括縱波、橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、 外表波等，而且各種聲速都與固體棒的形狀有關(guān)，金屆棒一般為各向異性結(jié) 晶體，沿任何方向可有三種波傳播?！緦嶒?zāi)康摹?、學(xué)會用時差法測定超聲波在固體中的傳輸速度。2、學(xué)會用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。3、熟悉數(shù)字示波器等儀器的使用。【實驗原理】時差法測量原理：在實際工程中，時差法測量聲速得到廣泛的應(yīng)用。時差法測試聲速的基 本原理是基丁速度V=距離L/時間T,通過在的距離內(nèi)計測聲波傳播的時 問；從而計算出聲波的傳播速度，在一定的距離之間由控制電路定時發(fā)出一 個聲脈沖波，經(jīng)過一段距離的傳播后到達接收換能器。接收到的信

2、號經(jīng)放大， 濾波后由高精度計時電路求出聲波從發(fā)出到接收這個在介質(zhì)傳播中經(jīng)過的時 問，從而計算出在某一介質(zhì)中的傳播速度。只因為不用目測的方法，而由儀 器本身來計測，所以其測量精度相對丁駐波法和相位比擬法要高。同樣在液 體中傳播時，由丁只檢測首先到達的聲波的時間，而與其它回波無關(guān)，這樣 回波的影響比擬小，因此測量的結(jié)果較為準確，所以工程中往往采用時差法 來測量。連續(xù)波經(jīng)脈沖調(diào)制后由發(fā)射換能器發(fā)射至被測介質(zhì)中，聲波在介質(zhì)中傳 播，經(jīng)過t時間后，到達L距離處的接收換能器。由運動定律可知，聲波在介 質(zhì)中傳播的速度可由以下公式求出：速度V=距離L/時間to通過測量二換能器發(fā)射接收平面之間距離L和時間t ,

3、就可以計算出當前介質(zhì)下的聲波傳播速 度。l. &接收換能器波形圖5-5發(fā)射波與接收波【儀器與器材】SVX-7聲速測試儀信號源、SV-DH-7A型測試架、數(shù)字示波器、材料樣品有機 玻璃棒、鋁棒等?！緦嶒瀮?nèi)容與步驟】1、時差法測量超聲波在固體中傳播速度步驟圖5-6時差法測量超聲波在固體中傳播速度接線圖(1) 按圖5-6接線，將測試方法設(shè)置到脈沖波方式，將接收增益調(diào)到適 當位置(一般為最大位置)，以計時器不跳字為好。(2) 將發(fā)射換能器發(fā)射端面朝上豎立放置丁托盤上，在換能器端面和固 體棒的端面上涂上適量的耦合劑，再把固體棒放在發(fā)射面上，使其緊密接觸 并對準，然后將接收換能器接收端面放置丁固體棒的上端

4、面并對準，降下可 移動端與固體棒端面接觸。(3) 這時計時器的讀數(shù)為t i-i，固體棒的長度為Li-i 0移開接收換能器， 將另一根固體棒端面上涂上適量的耦合劑，置丁下面一根固體棒之上，并保 持良好接觸，再放上接收換能器，這時計時器的讀數(shù)為ti,固體棒的長度為 L。那么聲速C= (Li-Li-i ) / (ti-t i-i )。分別測量超聲波在有機玻璃棒、鋁棒中 的傳播速度，填入表5-3中。(4) 測量超聲波在不同固體介質(zhì)中傳播的平均速度時，只要將不同的介 質(zhì)同時置丁兩換能器之間就可進行測量。因為固體中聲速較高、固體棒的長度有限等原因，測量所得結(jié)果僅作參 考?！究记绊氈?、使用時，應(yīng)防止聲速

5、測試儀信號源的功率輸出端短路。2、嚴禁將液體(水)滴到數(shù)顯尺桿和數(shù)顯表頭內(nèi)，如果不慎將液體(水)滴 到數(shù)顯尺桿和數(shù)顯表頭上，請用 60 C以下的溫度將其烘干，即可使用。3、數(shù)顯尺用后應(yīng)關(guān)閉電源?！緮?shù)據(jù)處理】1、列表記錄用時差法測量有機棒及金屆棒的實驗數(shù)據(jù)。(1) 三根相同長度和材質(zhì)的待測棒，利用疊加獲得不同的長度。(2) 每個長度所測得相對應(yīng)的時間。(3) 求出相應(yīng)的差值，然后計算出聲速，并與理論聲速傳播測量參數(shù)進行比 較，并計算白分誤差。表5-3時差法測量超聲波在固體中傳播速度數(shù)據(jù) 材質(zhì)11t 2t 3Ci = (L2-L1) / ( t 2-t 1 )C= (C+ C2) /2L1L2L3C2= ( L3-L 2)/ ( t 3-t 2)有機玻璃鋁2、固體中的縱波聲速：鋁：Ch=5150m/s,銅：Ch=3700m/s,鋼：Ch=5050m/s ,玻 璃：Ch=5200m/s,有機玻璃：Ch=1500 2200m/s ,注：以上數(shù)據(jù)僅供參考。由丁介質(zhì)的成分和溫度的不同，實際測得的聲速范 圍可能會較大。【思考題】1、聲速測量中共振干預(yù)法、相位法、時差法有何異同？2、聲音在不同介質(zhì)中傳播有何區(qū)別？聲速為什么會不同？